SU1002818A2 - Емкостный датчик рассто ни до провод щей поверхности - Google Patents

Description

(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК РАССТОЯНИЯ ДО ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

1

Изобретение относитс  к контрольно-изме- рительной технике и может быть использовано ОЛЯ измерени  малых зазоров, например, при перемещении одной провод щей поверхности относительно другой в услови х, когда температура , влажность, давление, состав парогазовой или жидкостной среды в зазоре существенно измен ютс .

По основному авт. св. № 922498 известен емкостный датчик рассто ни  до провод щей поверхности, содержащий электроизолированные один от другого измерительные электроды основной и смещенный относительно него на з; заданное рассто ние второй электрод. Основной электрод размещен на оси датчика, а смещенный выполнен охватывающим основной электрод и симметричным относительно той же оси. Датчик может содержать несколько смещенных в направлении рабочего перемещени  на заданные рассто ни  измерительных электродов , Образующих ступенчатую поверхность датчика. Основной электрод может быть выполнен -в виде круглого или усеченного по бокам диска, а смещенные электроды - в виде колец или электрически соединенных между собой сегментных участков. Контролируема  провод ща  поверхность выполн ет функции общего заземленного электрода емкостного датчика. Датчик может быть снабжен одннм или двум  охранными электродами 1 .

Недостатком этого датчика  вл етс  ступенчатый рельеф его измерительной поверхности, что затрудн ет изготовление его электродов при использовании известных технологических

10 методов, например тонкопленочной или толстопленочной технологии, гальванического осаждени , травлени  и т.п. так как требует достаточно сложной, многооперационной технологии их изготовлени . Кроме того, наличие в

15 измерительной поверхности углублений с крутыми скатами приводит к нарушению ламинарности потока газа, жидкости или пара в контролируемом зазоре, к накоплению загр знений в виде частиц масла, пыли и т.п. на поверх20 ности измерительных электродов. В результате этого поверхности электродов неодинаково подвергаютс  коррозии, на них с различной интенсивностью оседают загр знени  и соли. 3100 вследствие чего в течение времени растет погрешность , св занна  с изменением емкости да чика и тангенса угла, диэлектрических потерь, а также по вл етс  погрешность, обусловленна  изменением эквивалентного значени  заданного смещени  электродов, определ ющего точность датчика. Дл  учета этой погрешности необходимо чаще градуировать датчик, что затрудаштельно и дорого, поскольку св зано с остановкой и демонтажом агрегатов, внутри которых уста навливаетс  датчик. Указанный дрейф метрологических характеристик датчика и его чувствительности к загр знени м, коррозии снижаю его метрологическую надежность. Цель изобретени  - повышение помехозащииденности и упрощение конструкции датчика Указанна  цель достигаетс  тем, что измерительные электроды датчика размещены на общей поверхности электроизолирующего основани , радиус кривизны которой отличаетс  от радиуса кривизны контролируемой поверхности . Кроме того, поверхность электроизолирующего основани  может быть выполнена сфери ческой или цилиндрической, а поверхности измерительных электродов и электроизолирующего основани , обращенные к контролируемо провод щей поверхности, покрыты изолирующим защитным слоем, радиус кривизны которого отличаетс  от радиуса кривизны электро изолирующего основани . На чертеже схематично представлена конструкщ1  емкостного датчика рассто ни  до провод щей поверхности. Емкостный датчик рассто ни  до провод щей поверхности, например поверхности 1 вала, вмонтирован в тело провод щей втулки 2, охватывающей вал и отделенной от его поверхности 1 зазором d. Он содержит основной измерительный электрод 3, выполненный симметричным и размещенный на оси 4 датчика на рассто нии Adj от поверхности втулки 2, и охватывающий его второй измерительный электрод 5, размещенный на. рассто нии Adj от поверхности втулки 2, т.е. смещенный относительно первого электрода на фиксированное заданное ра,ссто ние (Adj - Adj). Оба электрода имеют практически одинаковую толщину и нанесены на об щую поверхность электроизолирующего (диэлектрического ) основани  6, поверхность 7которого имеет радиус кривиэны, отличающийс  от радиуса кривизны контролируемой провод щей поверхности 1 вала на заданное значение, а также и от радиуса кривизны поверхности 8 втулки 2. Благодар  этому кра  датчика наход тс  заподлицо с поверхностью 8втулки. В зависимости от формы контролируемрй поверхности 1 поверхность 7 злектроизолирующего основани  целесообразно выполн ть сферической , если поверхности 1 и 8 плоские, или цилиндрической, если эти поверхности 1 и 8 также цилиндрические (вал и втулка). При последующем нанесении изолирующего защитного покрыти  (на чертеже не показано) с другим радиусом кривизны возможно, например путем полировки, скорректировать в некоторых пределах эквивалентное значение заданного смещени  (Ad, - Adj), добива сь повтор емости характеристик различных образцов емкостного датчика. Емкостный датчик рассто ни  до провод щей поверхности работает следующим образом. При включении датчика в измерительную схему на его измерительных злектродах 3 и 5 формируютс  напр жени  U, и U2, завис щие от рассто ни  между ними и общим электродом, функции которого выполн ет контролируема  поверхность 1, т.е. от емкостей Ci и Cj, образованных ими конденсаторовЭти напр жени  равны, соответственно . ) Ч шс. 11 - к . K(dtuck г vc (juiB где К - коэффициент пропорциональности; ии - кругова  частот; d - измер емый зазор между поверхност ми вала и втулки 2; 6 - абсолютна  дизлектрическа  проницаемость среды в зазоре; S - площадь электродов. Поскольку значени  Adj и Adj известны из предварительной градуировки, то измер емый зазор равен Д- -, , Из зтого выражени  следует, что результат измерени  не зависит от диэлектрической проницаемости среды в зазоре, а следовательно от ее изменений, что  вл етс , обычно, одним из основных источников погрешности емкостных датчиков. Вследствие зтого погрешность измерени  данного датчика определ етс  в основном, лишь погрешностью задани  смещени  (Adj - Adj) между измерительными электродами датчика при незначительной погрешности средств измерени  напр жени  на его злектродах. Величину заданного смещени  целесообразно выбирать соизмеримой с минимальным из измер емых рассто ний. Благодар  указанному выполнению емкостного датчнка, достаточно просто обеспечить

Claims (4)

1. Формула изобретения . 20

   1. Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности по авт. св. СССР № 922498, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и упрощения конструкции, измерительные электроды датчика размещены на общей поверхности электр' изолирующего* основания, радиус кривизны которой отличается от радиуса кривизны контролируемой проводящей поверхности.
2. 2. Датчик по π. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поверхность электроизолирующего основания выполнена сферической.
3. 3. Датчик по π. 1, отличающий с я. тем, что поверхность электроизолирующего основания выполнена цилиндрической.
4. 4. Датчик по пп. 1-3, отличающийся тем, что поверхности измеритель пых электродов и электроизолирующего осн вания, обращенные к контролируемой пров< дящей поверхности, покрыты изолирующим защитным слоем, радиус кривизны которого отличается от радиуса кривизны электроизолирующего основания.